[发明专利]一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机

说明书

技术领域

本发明属于深海岩芯取样领域，具体为一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机。

背景技术

基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机是载人深潜器进行海底地质调查，海底矿产勘探等作业时必须的作业工具。随着载人深潜器应用范围的扩大，基于载人深潜器机械手操作的小型深海岩芯取样钻机的研制非常紧迫。美国伍兹霍尔海洋研究所的Alvin号曾于1991年10月携带HSTR取芯器成功获得硫化物烟囱样品。1995年Harbor Branch海洋研究所为美国海洋工程技术协会研制了工作海深超过7000m的取芯器。该取芯器曾安装在Magellan ROV上，在超过3000m的海深里取得多个岩石样品。除此之外英国的CONSUB号、法国的ST-I号和俄罗斯的APTYC号载人潜水器都曾携带过水下微型取芯器对海底岩石进行取样。专利号为201320798560.7的中国专利公开了一种深海小型电动取芯潜钻，解决了和蛟龙号潜水器的匹配问题，但是仍然存在尺寸大、重量重、水下作业效率较低等问题，因此，急需一种技术方案来解决这些问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术重量大、作业效率低等不足，提供一种结构简单紧凑、质量轻、基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于载人深潜器机械手操作的小型岩芯取样钻机，包括水密电缆、手柄、钻具，其特征是还包括电池和控制舱、深水传动单元、传动软轴和深水动力单元；电池和控制舱通过水密电缆和深水动力单元连接；深水动力单元通过传动软轴和深水传动单元连接；深水传动单元和钻具连接；电池和控制舱包括水密接头、后端盖、密封圈、舱体、电池和控制模块以及前端盖；

所述的钻具包括钻头、取芯套和取芯管三部分，钻头选用硬质材料制作，钻头中空；钻头内部装有取芯套，取芯套采用倒刺结构，镶嵌在取芯管内，防止岩芯脱落；取芯管两端加工有螺纹，一端和钻头连接，另一端和传动单元连接；

所述的深水动力单元由传动轴、丝堵、轴承、螺钉、端盖、密封圈、中间法兰、电机法兰、电机、壳体、补偿装置、水密插头组成，深水电机通过电机法兰与中间法兰固定在一起；螺钉把端盖和中间法兰固定在壳体上；两盘深沟球轴承分别安装在端盖和中间法兰上，用来固定传动轴；传动轴通过平键和电机轴连接；螺钉把法兰和补偿装置固定在壳体上；深水传动单元壳体内充满了油液，补偿海水产生的压力；深水电机通电转动，带动传动轴转动，传动轴和软轴连接，从而带动软轴转动，最终实现动力输出；

深水传动单元由螺钉、端盖、箱体、密封圈、传动轴、轴承、轴套、键、弹性挡圈、齿轮组成；轴承、轴套、端盖把传动轴固定在箱体内；传动轴和锥齿轮通过平键连接；轴承、端盖把传动轴固定在箱体内；传动轴和锥齿轮通过平键连接；通过一对锥齿轮啮合实现传动；箱体内充满油液，用来补偿箱体承受的压力，减小箱体的变形；

整个钻机安装在深潜器前端的采样篮中；作业时深潜器使用伺服机械手抓紧钻机的手柄，将钻机从取样篮中取出，将钻具对准要取样的岩石；使用开关机械手触发安装在电池和控制舱端盖上的红色磁性开关，接通电源，深水动力单元中的电机顺时针旋转，通过传动软轴和深水传动单元带动钻具顺时针旋转；伺服机械手按压钻机手柄，开始取样作业，20-30分钟后，伺服机械手向上提，将钻机从岩石中取出；开关机械手触发黄色开关，钻机停止转动，伺服机械手把钻机放回到采样篮中，作业完成。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

基于深海潜器机械臂操作的海底结壳岩芯钻机最大工作水深达到4000m，取芯尺寸≥Φ10x100mm，岩芯硬度≥6级(莫氏)(钴结壳)。

选用由人造金刚石的聚晶表层和硬质合金(碳化钨)的底层在高温压过程中制造出来的PDC钻头，复合片切削块工作时，金刚石聚晶体不断剥落，新的锋利的小晶体不断出露而使复合片切削块自锐，所以能够在较低的转速带条件下实现高速钻进，并能在整个使用过程中保持高速钻进的效果；此外，由于复合片的硬质合金底层提供了抗冲击强度，所以复合片既具有其聚晶金刚石的硬度、耐磨性，又有硬质合金的结构强度及抗冲击性能。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明深水动力单元结构示意图；

图3为本发明深水传动单元结构示意图。